CN113365393A - 发光装置驱动电路 - Google Patents

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Abstract

发光装置驱动电路，包含变压器电路、电压供应电路、稳压电路，以及涟波消除电路。变压器电路用来将输入电压转换成涟波输出电压。电压供应电路用来提供相关于涟波输出电压的最大值的驱动电压。稳压电路用来提供相关于涟波输出电压的变化量的第一脉动直流电压。涟波消除电路用来提供相关于输入电压的值的第二脉动直流电压，依据第一脉动直流电压、第二脉动直流电压，以及驱动电压来提供抵销电压，以及将抵销电压叠加至涟波输出电压以提供纯直流输出电压，其中抵销电压和涟波输出电压频率相同，且纯直流输出电压为0赫兹且具稳定准位。

Description

发光装置驱动电路
技术领域
本发明涉及一种发光装置驱动电路，特别涉及一种可改善频闪现象的发光二极管驱动电路。
背景技术
发光二极管(light emitting diode,LED)具有耗电量低、元件寿命长、体积小、无须暖灯时间和反应速度快等优点，广泛地被应用于各种室内室外照明装置及各种便携式消费性电子产品中。
在整流交流电压直接驱动的照明应用中，由于发光二极管的发光亮度与驱动电流的大小成正比，为了达到高亮度和亮度均匀的要求，往往需要使用许多串接的发光二极管来提供足够光源。频闪(flicker)是一种光源强度随着时间有明暗变化的现象，无论人眼是否能够识别，频闪会对人体造成不同程度的影响，例如头痛、眼花、眼睛疲劳、心神不安、或引发癫痫等反应。因此，需要一种能改善频闪现象的发光二极管驱动电路。
发明内容
本发明提供一种发光装置驱动电路，其包含一变压器电路，用来将一输入电压转换成一涟波输出电压；一电压供应电路，用来提供相关于该输入电压的值的一第一驱动电压和相关于该涟波输出电压的最大值的一第二驱动电压；一稳压电路，用来提供相关于该涟波输出电压的变化量的一第一脉动直流电压和一反馈电压；一脉冲宽度调制集成电路，耦接于该变压器电路、该电压供应电路和该稳压电路，用来在被该第一驱动电压启动时依据该反馈电压来控制该变压器电路的运行；以及一涟波消除电路，用来提供相关于该输入电压的值的一第二脉动直流电压，依据该第一脉动直流电压、该第二脉动直流电压，以及该第二驱动电压来提供一抵销电压，以及将该抵销电压叠加至该涟波输出电压以提供一纯直流输出电压，其中该抵销电压和该涟波输出电压频率相同，且该纯直流输出电压为0赫兹且具一稳定准位。
附图说明
图1为本发明实施例中一种发光装置驱动电路的功能方框图。
图2为本发明实施例发光装置驱动电路实作方式的示意图。
图3为本发明实施例中涟波消除电路的乘法器运行时相关电压的波形图。
图4为本发明实施例中涟波消除电路运行时相关电压的波形图。
附图标记说明：
10 变压器电路
15 磁芯
20 电压供应电路
30 脉冲宽度调制集成电路
40 稳压电路
50 涟波消除电路
52 乘法器
54 反向器
56 位准移位器
58 加法器
60 发光装置
100 发光装置驱动电路
VIN 输入电压
VOUT1、VOUT2 输出电压
VREF 参考电压
VFB 反馈电压
VCC1、VCC2 驱动电压
VS 交流电压
VCP 抵销电压
VM1-VM4 脉动直流电压
IIN 输入电流
IOUT 输出电流
IFB 反馈电流
GND 接地电位
P1～P3 引脚
TR1 主变压器
TR2 辅助变压器
CAUX1、CAUX2 辅助电容
CIN 输入电容
COUT 输出电容
CFB 反馈电容
CC 补偿电容
GD 控制信号
R1～R4 分压电阻
RFB 反馈电阻
RM 限流电阻
DOUT 输出二极管
DAUX1、DAUX2 辅助二极管
Q1 功率开关
PC 线性光耦合器
TL 稳压器
NP1、NS1、NP2、NS2 绕组匝数
具体实施方式
图1为本发明实施例中一种发光装置驱动电路100的功能方框图。发光装置驱动电路100包含一变压器电路10、一电压供应电路20、一脉冲宽度调制集成电路30、一稳压电路40，以及一涟波消除电路50，因此可将由市电供应的一输入电压VIN转换成一输出电压VOUT2以驱动一发光装置60。IIN代表发光装置驱动电路100运行时的输入电流，IOUT代表发光装置驱动电路100运行时的输出电流。
图2为本发明实施例发光装置驱动电路100实作方式的示意图。变压器电路10包含一桥式整流器12、一主变压器TR1、一输入电容CIN、一输出电容COUT、一输出二极管DOUT，以及一功率开关Q1。桥式整流器12可从市电接收一具正负周期的交流电压VS，并转换交流电压VS在负周期内的输出电压以对输入电容CIN充电，进而供应直流输入电压VIN。主变压器TR1包含一初级侧绕组(由匝数NP1来表示)和一次级侧绕组(由匝数NS1来表示)。初级侧绕组NP1耦接于输入电压VIN，而次级侧绕组NS1通过输出二极管DOUT耦接至涟波消除电路50。主变压器TR1可利用初级侧绕组NP1来将相关于直流输入电压VIN的初级侧能量感应至次级侧绕组NS1，并在输出电容COUT上建立一涟波输出电压VOUT1，其中功率开关Q1依据一控制信号GD来调整主变压器TR1中从初级侧绕组NP1感应至次级侧绕组NS1的能量。在主变压器TR1的运行中，相关电压和电流的关系为VIN/VOUT1＝IOUT/IIN＝NP1/NS1。在升压应用中，次级侧绕组的匝数NS1大于初级侧绕组的匝数NP1；在降压应用中，次级侧绕组的匝数NS1小于初级侧绕组的匝数NP1。在本发明一实施例中，NP1和NS1的值的比例可为40：2，然而主变压器TR1中初级侧绕组的匝数NP1和次级侧绕组的匝数NS1并不限定本发明的范围。
电压供应电路20包含辅助电容CAUX1～CAUX2、辅助二极管DAUX1～DAUX2以及一辅助变压器TR2。辅助变压器TR2包含一初级侧绕组(由匝数NP2来表示)和一次级侧侧绕组(由匝数NP2来表示)。初级侧绕组NP2通过辅助二极管DAUX1耦接至辅助电容CAUX1，而次级侧绕组NS2通过辅助二极管DAUX2耦接至辅助电容CAUX2。在接收到主变压器TR1感应来的能量后，发光二极管驱动电路10可在辅助电容CAUX1上建立脉冲宽度调制集成电路30运行所需的驱动电压VCC1，且在辅助电容CAUX2上建立涟波消除电路50运行所需的驱动电压VCC2。
在本发明的主变压器TR1和辅助变压器TR2中，初级侧绕组NP1～NP2和次级侧绕组NS1～NS2皆缠绕在同一磁芯15上，其中初级侧绕组NP1和次级侧绕组NS1形成一电压感应单元，次级侧绕组NS1和初级侧绕组NP2形成一电压感应单元，而初级侧绕组NP2和次级侧绕组NS2形成一电压感应单元。在本发明一实施例中，NP1、NS1、NP2和NS2的值的比例可为40：2：2：2，然而主变压器TR1和辅助变压器TR2中初级侧绕组的匝数NP1～NP2和次级侧绕组的匝数NS1～NS2并不限定本发明的范围。
脉冲宽度调制集成电路30设置在主变压器TR1的初级侧，其包含3个引脚P1～P3，引脚P1耦接至功率开关Q1的控制端以提供控制信号GD，引脚P2耦接至驱动电压供应电路20以接收运行所需的驱动电压VCC1，而引脚P3耦接至稳压电路40以接收相关于涟波输出电压VOUT1的一反馈电压VFB。功率开关Q1的第一端耦接至主变压器TR1的初级侧绕组NP1，第二端耦接至一接地电位GND，而控制端耦接至脉冲宽度调制集成电路30的引脚P1，可依据脉冲宽度调制集成电路30提供的控制信号GD来选择性地导通或截止。脉冲宽度调制集成电路30可依据反馈电压VFB的值来调整控制信号GD的责任周期(duty cycle)，进而调整主变压器TR1中从初级侧绕组NP1感应至次级侧绕组NS1的能量以维持稳定输出。
稳压电路40包含一反馈电容CFB、一补偿电容CC、分压电阻R1和R2、一反馈电阻RFB、一限流电阻RM、一线性光耦合器PC，以及一稳压器TL。线性光耦合器PC的输入端包含一发光二极管，输出端包含一光敏晶体管。发光二极管设置在主变压器TR1的次级侧，而光敏晶体管设置在主变压器TR1的初级侧，可在主变压器TR1的次级侧和初级侧之间进行电-光-电转换。分压电阻R1和R2串联于涟波输出电压VOUT1和接地电位GND之间，而稳压器TL的参考端耦接至分压电阻R1和R2之间以接收相关于涟波输出电压VOUT1的一参考电压VREF，其中VREF＝VOUT1＊R2/(R1+R2)。稳压器TL可依据参考电压VREF的值来调整其阴极到阳极的分流，进而控制涟波输出电压VOUT1的值。若涟波输出电压VOUT1增大，参考电压VREF的值也会增大，稳压器TL的分流也就增加，进而调降涟波输出电压VOUT1的值以维持稳定输出。线性光耦合器PC包含一发光二极管和一光敏晶体管，其中发光二极管耦接于线性光耦合器PC的第一输入端和第二输入端之间，而光敏晶体管耦接于线性光耦合器PC的第一输出端和第二输出端之间。线性光耦合器PC可利用输入侧的发光二极管来感应涟波输出电压VOUT1的变化量，并将相关涟波输出电压VOUT1变化量的电能转换成光能，再由输出侧的光敏晶体管接收后转换成电能，进而对反馈电容CFB充电以提供相对应的反馈电压VFB。同时，反馈电压VFB的变化会影响光敏晶体管所导通的反馈电流IFB，反馈电流IFB会在反馈电阻RFB上建立一脉动直流电压VM1，因此反馈电压VFB和VM1的值皆相关于涟波输出电压VOUT1的准位。
涟波消除电路50包含分压电阻R3和R4、一乘法器52、一反向器54、一位准移位器56，以及一加法器58。输入电压VIN在通过由分压电阻R3和R4所组成的分压电路后，会在分压电阻R4上建立一脉动直流电压VM2。乘法器52的第一输入端耦接至线性光耦合器PC中输出端的光敏晶体管以接收脉动直流电压VM1，第二输入端耦接至分压电阻R3和R4之间以接收脉动直流电压VM2，可将脉动直流电压VM1和脉动直流电压VM2相乘之后于输出端提供一脉动直流电压VM3。
图3为本发明实施例涟波消除电路50中乘法器52运行时相关电压的波形图。在输出端维持固定能量输出的情况下，当输入电压VIN为低压时，脉动直流电压VM1的值较大；当输入电压VIN为高压时，脉动直流电压VM1的值较小。因此，在将脉动直流电压VM1和脉动直流电压VM2相乘之后，乘法器52于输出端提供的脉动直流电压VM3，其值会随着输入电压VIN的值而进行自适应调整。
反向器54的输入端耦接至乘法器52的输出端以接收脉动直流电压VM3，可对脉动直流电压VM3进行反向处理，以于输出端提供一脉动直流电压VM4。位准移位器56的第一输入端耦接至电压供应电路20以接收驱动电压VCC2，第二输入端耦接至反向器54的输出端以接收脉动直流电压VM4，可依据驱动电压VCC2来调整脉动直流电压VM4的准位，再于输出端提供一抵销电压VCP。加法器58的第一输入端耦接至输出电容COUT以接收涟波输出电压VOUT1，第二输入端耦接至位准移位器56的输出端以接收抵销电压VCP，可将抵销电压VCP叠加至涟波输出电压VOUT1以进而输出相对应的纯直流输出电压VOUT2。
图4为本发明实施例涟波消除电路50运行时相关电压的波形图。由于抵销电压VCP和涟波输出电压VOUT1具相同频率，同时抵销电压VCP的值反应输入端和输出端的变化，本发明发光装置驱动电路100可提供0赫兹且具稳定准位的纯直流输出电压VOUT2以驱动发光装置60，进而改善频闪现象。
在本发明实施例中，发光装置60可包含一个发光二极管，或是多个串接、并联或组成阵列的发光二极管。图2显示了采用多个串接发光二极管的架构，其可包含多个单接口发光二极管(单结LED，single-junction LED)、多个多接口高压发光二极管(多结高压LED，multi-junction high-voltage LED)，或不同类型发光二极管的任意组合。然而，发光装置60所采用的发光二极管种类或组态并不限定本发明的应用范围。
在本发明中，输入电容CIN可采用1颗120μF(误差±20％)的电容器，输出电容COUT可采用1颗680μF(误差±20％)的电容器，辅助电容CAUX1和CAUX2可各采用一颗10μF(误差±10％)的电容器，反馈电容CFB可采用一颗100nF(误差±5％)的电容器，补偿电容CC可采用一颗330nF(误差±5％)的电容器，分压电阻R1的值可为70KΩ(误差±1％)，分压电阻R2的值可为10KΩ(误差±1％)，分压电阻R3的值可为100KΩ(误差±1％)，分压电阻R4的值可为10KΩ(误差±1％)，反馈电阻RFB的值可为1KΩ(误差±1％)，而限流电阻RM的值可为15KΩ(误差±1％)。然而，上述元件的实作方式并不限定本发明的范围。
综上所述，本发明的发光装置驱动电路可利用涟波消除电路来提供一抵销电压，其中抵销电压和涟波输出电压具相同频率，且其准位能反应输入端和输出端的变化。在将抵销电压叠加至涟波输出电压后，本发明的发光装置驱动电路可提供0赫兹且具稳定准位的纯直流输出电压以驱动发光装置，进而改善频闪现象。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种发光装置驱动电路，其包含：
一变压器电路，用来将一输入电压转换成一涟波输出电压；
一电压供应电路，用来提供相关于该输入电压的值的一第一驱动电压和相关于该涟波输出电压的最大值的一第二驱动电压；
一稳压电路，用来提供相关于该涟波输出电压的变化量的一第一脉动直流电压和一反馈电压；
一脉冲宽度调制集成电路，耦接于该变压器电路、该电压供应电路和该稳压电路，用来在被该第一驱动电压启动时依据该反馈电压来控制该变压器电路的运行；以及
一涟波消除电路，用来：
提供相关于该输入电压的值的一第二脉动直流电压；
依据该第一脉动直流电压、该第二脉动直流电压，以及该第二驱动电压来提供一抵销电压；以及
将该抵销电压叠加至该涟波输出电压以提供一纯直流输出电压，其中该抵销电压和该涟波输出电压频率相同，且该纯直流输出电压为0赫兹且具一稳定准位。
2.如权利要求1所述的发光装置驱动电路，其中该变压器电路包含：
一第一变压器，其包含一第一初级侧绕组和一第一次级侧绕组，用来将相关该输入电压的能量从该第一初级侧绕组感应至该第一次级侧绕组，以在该第一次级侧绕组上提供相关该涟波输出电压的能量；
一输入电容，耦接于该第一初级侧绕组和一接地端之间，用来存储相关该输入电压的能量；
一输出电容，耦接于该第一次级侧绕组和该接地端之间，用来存储相关该涟波输出电压的能量；以及
一功率开关，其依据一控制信号来选择性地导通或截止，且包含：
一第一端，耦接于该第一初级侧绕组，以及
一第二端；以及
一控制端，用来接收该控制信号。
3.如权利要求2所述的发光装置驱动电路，其中该脉冲宽度调制集成电路另用来在被该第一驱动电压启动时提供该控制信号，并依据该反馈电压来调整该控制信号的责任周期以调节该第一变压器从该第一初级侧绕组感应至该第一次级侧绕组的能量。
4.如权利要求2所述的发光装置驱动电路，其中该变压器电路另包含：
一桥式整流器，用来将一具正负周期的交流电压转换成该输入电压；以及
一输出二极管，其阳极耦接于该第一次级侧绕组，而其阴极耦接于该输出电容。
5.如权利要求2所述的发光装置驱动电路，其中该电压供应电路包含：
一第二变压器，其包含一第二初级侧绕组和一第二次级侧绕组，且该第一初级侧绕组、该第一次级侧绕组、该第二初级侧绕组和该第二次级侧绕组皆缠绕在同一磁芯上；
一第一辅助二极管，其包含：
一阳极，耦接于该第二初级侧绕组，以及
一阴极；一第二辅助二极管，其包含：
一阳极，耦接于该第二次级侧绕组，以及
一阴极；一第一辅助电容，用来存储相关该第一驱动电压的能量，其包含：
一第一端，耦接于该第一辅助二极管的阴极，以及
一第二端，耦接于一接地电位；以及
一第二辅助电容，用来存储相关该第二驱动电压的能量，其包含：
一第一端，耦接于该第二辅助二极管的阴极，以及
一第二端，耦接于该接地电位。
6.如权利要求1所述的发光装置驱动电路，其中该电压供应电路包含：
一第二变压器，其包含一第二初级侧绕组和一第二次级侧绕组；
一第一辅助二极管，其包含：
一阳极，耦接于该第二初级侧绕组，以及
一阴极；一第二辅助二极管，其包含：
一阳极，耦接于该第二次级侧绕组，以及
一阴极；一第一辅助电容，用来存储相关该第一驱动电压的能量，其包含：
一第一端，耦接于该第一辅助二极管的阴极，以及
一第二端，耦接于一接地电位；以及
一第二辅助电容，用来存储相关该第二驱动电压的能量，其包含：
一第一端，耦接于该第二辅助二极管的阴极，以及
一第二端，耦接于该接地电位。
7.如权利要求1所述的发光装置驱动电路，其中该稳压电路包含：
一第一分压电阻和一第二分压电阻，串联于该涟波输出电压和一接地电位之间；
一稳压器，其包含：
一阳极，耦接于该接地电位；
一阴极；
一控制端，耦接于该第一分压电阻和该第二分压电阻之间；
一限流电阻；
一线性光耦合器，用来将一第一输入端和一第二输入端之间的一第一电能转换成一光能，再将该光能转换成一第一输出端和一第二输出端之间的一第二电能；
一反馈电容，耦接于该第一输出端和该接地电位之间，用来存储该第二电能以提供该反馈电压；以及
一反馈电阻，耦接于该第二输出端和该接地电位之间，用来依据流经该第一输出端和该第二输出端的一反馈电流以提供该第一脉动直流电压；
其中该第一输入端通过该限流电阻耦接于该涟波输出电压，该第二输入端耦接于该稳压器的该阴极，该第一输出端通过该反馈电容耦接于该接地电位，而该第二输出端通过该反馈电阻耦接于该接地电位。
8.如权利要求7所述的发光装置驱动电路，其中该线性光耦合器包含：
一发光二极管，耦接于该第一输入端和该第二输入端之间；以及
一光敏晶体管，耦接于该第一输出端和该第二输出端之间。
9.如权利要求1所述的发光装置驱动电路，其中该涟波消除电路包含：
一第三分压电阻和一第四分压电阻，串联于该输入电压和一接地电位之间，用来分压该输入电压以在该第四分压电阻上建立该第二脉动直流电压；
一乘法器，用来将该第一脉动直流电压和一第二脉动直流电压相乘以提供一第三脉动直流电压；
一反向器，用来对该第三脉动直流电压进行反向处理以提供一第四脉动直流电压；
一位准移位器，用来依据该第二驱动电压来调整该第四脉动直流电压的准位以提供该抵销电压；以及
一加法器，用来将该抵销电压叠加至该涟波输出电压以提供相对应的该纯直流输出电压。
10.如权利要求9所述的发光装置驱动电路，其中：
该乘法器包含：
一第一输入端，耦接至该稳压电路以接收该第一脉动直流电压；
一第二输入端，耦接至该第三分压电阻和该第四分压电阻之间以接收该第二脉动直流电压；以及
一输出端，用来输出该第三脉动直流电压；该反向器包含：
一输入端，耦接至该乘法器以接收该第三脉动直流电压；以及
一输出端，用来输出该第四脉动直流电压；该位准移位器包含：
一第一输入端，耦接至该电压供应电路以接收该第二脉动直流电压；
一第二输入端，耦接至该反向器的该输出端以接收该第四脉动直流电压；以及
一输出端，用来输出该抵销电压；以及
该加法器包含：
一第一输入端，耦接至该变压器电路以接收该涟波输出电压；
一第二输入端，耦接至该位准移位器的该输出端以接收该抵销电压；以及
一输出端，用来输出该纯直流输出电压。
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